4集成触发器器.ppt
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1、概述概述第第 4 章章 集成触发器集成触发器(integrated(integrated Flip-Flip-FlopFlop)触发器的基本形式触发器的基本形式 无空翻触发器无空翻触发器 触发器的应用触发器的应用本章小结本章小结中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器主要要求:主要要求:了解触发器的基本特性和作用。了解触发器的基本特性和作用。了解触发器的类型和逻辑功能的描述方法。了解触发器的类型和逻辑功能的描述方法。4.1 概述概述中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器一、触发器的基本特性和作用一、触发器的基本特性和作用 Flip-Flop,简写为简写为 FF,又称双稳态触发器。又称双稳态触
2、发器。基本特性基本特性(1)有两个稳定状态(简称稳态),正好用来表示逻辑 0 和 1。(2)在输入信号作用下,触发器的两个稳定状态可相互转换 (称为状态的翻转)。输入信号消失后,新状态可长期 保持下来,因此具有记忆功能,可存储二进制信息。一个触发器可存储一个触发器可存储 1 位二进制数码位二进制数码中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器触发器的作用触发器的作用触发器有记忆功能,由它构成的电路在某时刻的输出不仅取决于该时刻的输入,还与电路原来状态有关。而门电路无记忆功能,由它构成的电路在某时刻的输出完全取决于该时刻的输入,与电路原来状态无关;触发器和门电路是构成数字电路的基本单元。中北大学电子
3、信息工程系第四章 集成触法器二、触发器的类型二、触发器的类型 根据逻辑功能不同分为根据逻辑功能不同分为 RS 触发器触发器 D 触发器触发器 JK 触发器触发器 T 触发器触发器 T 触发器触发器 根据触发方式不同分为根据触发方式不同分为 电平触发器电平触发器 边沿触发器边沿触发器 主从触发器主从触发器 根据电路结构不同分为根据电路结构不同分为 基本基本 RS 触发器触发器 同步触发器同步触发器 主从触发器主从触发器 边沿触发器边沿触发器 三、触发器逻辑功能的描述方法三、触发器逻辑功能的描述方法 主要有特性表、特性方程、驱动表主要有特性表、特性方程、驱动表 (又称激励表又称激励表)、状态转换图
4、和波形图、状态转换图和波形图 (又称时序图又称时序图)等。等。中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器主要要求:主要要求:掌握与非门结构基本 RS 触发器的电路、逻辑功能和工作特点。了解同步触发器的结构、工作特点和存在问题。4.2 触发器的基本形式触发器的基本形式 掌握触发器的 0 态、1 态、置 0、置 1、触发方式、现态、次态和空翻等概念。了解触发器逻辑功能的描述方法。掌握 RS 触发器、D 触发器、JK 触发器的逻辑功能及其特性方程。中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器一、基本一、基本 RS 触发器触发器(一一)由与非门组成的基本由与非门组成的基本 RS 触发器触发器 1.电路结构及
5、逻辑符号电路结构及逻辑符号QQSDRDG1G2QQSDRDSRSDRDQQQ=1,Q=0 时,称为触发器的时,称为触发器的 1 状态,记为状态,记为 Q=1;Q=0,Q=1 时,称为触发器的时,称为触发器的 0 状态,记为状态,记为 Q=0。RDSD置置0端端,也也称称复复位位端端。R 即即 Reset 置置1端端,也也称称置置位位端端。S 即即 Set Basic Flip-Flop 信号输入端信号输入端互补输出端,互补输出端,正常工作时,正常工作时,它们的输出它们的输出状态相反。状态相反。低电平有效低电平有效 中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器工作原理工作原理QQSDRDG1G211
6、011000SDRD 功功 能能 说说 明明输输 入入QQ输输 出出2.工作原理及逻辑功能工作原理及逻辑功能 0111 10触发器被置触发器被置 0 触发器置触发器置 010中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器2.工作原理及逻辑功能工作原理及逻辑功能 QQSDRDG1G211011000SDRD功功 能能 说说 明明输输 入入QQ输输 出出1001 11触发器被置触发器被置 1 触发器置触发器置 010 触发器置触发器置 101中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器2.工作原理及逻辑功能工作原理及逻辑功能 QQSDRDG1G211011000SDRD 功功 能能 说说 明明输输 入入QQ
7、输输 出出11 触发器置触发器置 010 触发器置触发器置 101 触发器保持原状态不变触发器保持原状态不变不不 变变&G1 门输出门输出G2 门输出门输出中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器2.工作原理及逻辑功能工作原理及逻辑功能 QQSDRDG1G2 输出状态输出状态不定不定(禁用禁用)不不 定定11011000SDRD功功 能能 说说 明明输输 入入QQ输输 出出 触发器置触发器置 010 触发器置触发器置 101 触发器保持原状态不变触发器保持原状态不变不不 变变0011输出既非输出既非 0 状态,状态,也非也非 1 状态。当状态。当 RD 和和 SD 同时由同时由 0 变变 1
8、时,时,输出状态可能为输出状态可能为 0,也,也可能为可能为 1,即输出状态,即输出状态不定。因此,这种情况不定。因此,这种情况禁用。禁用。中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器3.逻辑功能的特性表描述逻辑功能的特性表描述 次态次态 现态现态 指触发器在输入信号变化前的状态,用指触发器在输入信号变化前的状态,用 Qn 表示。表示。指触发器在输入信号变化后的状态,用指触发器在输入信号变化后的状态,用 Qn+1 表示。表示。触发器次态与输入信号和电路原有状态之触发器次态与输入信号和电路原有状态之间关系的真值表。间关系的真值表。中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器00001触发器触发器状态不定
9、状态不定01010100触发器触发器置置 000101101触发器触发器置置 1111110011触发器触发器保持原状态不变保持原状态不变说说 明明Qn+1QnSDRD基本基本 RS 触发器特触发器特性表的简化表示性表的简化表示Qn11101010不定不定00Qn+1SDRD与非门组成的基本与非门组成的基本 RS 触发器特性表触发器特性表 置置 0 端端 RD 和置和置 1 端端 SD 低电平有效。低电平有效。禁用禁用 RD=SD=0。称约束条件称约束条件 注意注意中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器波形分析举例解:解:例 设下图中触发器初始状态为 0,试对应输入波形 画出 Q 和 Q 的
10、波形。QQSDRDSRSDRD保持保持初态为初态为 0,故保持为,故保持为 0。置置 0 保持保持QQ置置 1中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器(二二)基本基本 RS 触发器的两种形式触发器的两种形式特特性性表表Qn11101010不定不定00Qn+1SDRD不定不定11001110Qn00Qn+1SDRDQQSDRDSRQQSDRDSR逻逻辑辑符符号号置置 0、置、置1 信信号低电平有效号低电平有效置置 0、置、置1 信信号高电平有效号高电平有效注注意意弄清输入弄清输入信号是低电平信号是低电平有效还是高电有效还是高电平有效。平有效。中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器(三三)基本基
11、本 RS 触发器的优缺点触发器的优缺点 优点优点缺点缺点电路简单,是构成各种触发器的基础。电路简单,是构成各种触发器的基础。1.输出受输入信号直接控制,不能定时控制。输出受输入信号直接控制,不能定时控制。2.有约束条件。有约束条件。中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器二、同步触发器二、同步触发器 Synchronous Flip-Flop 实际工作中,触发器的工作状态不仅要由触发输入实际工作中,触发器的工作状态不仅要由触发输入信号决定,而且要求按照一定的节拍工作。为此,需要信号决定,而且要求按照一定的节拍工作。为此,需要增加一个时钟控制端增加一个时钟控制端 CP。CP 即即 Clock P
12、ulse,它是一串它是一串周期和脉宽一定的矩形脉冲。周期和脉宽一定的矩形脉冲。具有时钟脉冲控制的触发器称为时钟触发器,具有时钟脉冲控制的触发器称为时钟触发器,又称钟控触发器。又称钟控触发器。同步触发器是其中最简单的一种,而同步触发器是其中最简单的一种,而基本基本 RS 触发器称异步触发器。触发器称异步触发器。中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器QQG1G2SRG3G4CPQ3Q4(一一)同步同步 RS 触发器触发器 工作原理工作原理 CP=0 时,时,G3、G4被封锁,输入信号被封锁,输入信号 R、S不起作用。基本不起作用。基本 RS 触发触发器的输入均为器的输入均为 1,触发器,触发器状
13、态保持不变。状态保持不变。CP=1 时,时,G3、G4解除封锁,将输入信号解除封锁,将输入信号 R 和和 S 取非后送至基本取非后送至基本 RS 触发器的输入端。触发器的输入端。0111SR1.电路结构与工作原理电路结构与工作原理 基本基本 RS 触发器触发器 增加了由时钟增加了由时钟 CP 控制的门控制的门 G3、G4 中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器QQ1SC11R QQG1G2SRG3G4CPQ3Q4不定不定110011 10Qn00Qn+1SRRS功能功能 R、S 信号信号高电平有效高电平有效 SSDRRDRDSD2.逻辑功能与逻辑符号逻辑功能与逻辑符号异步置 0 端 RD 和
14、异步置1 端 SD 不受 CP 控制。实际应用中,常需要利用异步端预置触发器值(置 0 或置 1),预置完毕后应使 RD=SD=1。中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器RDCPRQQ1SSC1CPR1RRSVCCRDS解:解:例 试对应输入波形画出下图中 Q 端波形。原态原态未知未知QVCCRDRD中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器3.同步同步 RS 触发器的特性表与特性方程触发器的特性表与特性方程 000010101010101101011000111101Qn+1QnSR特特性性表表同步同步RS触发器触发器Qn+1的卡诺图的卡诺图RSQn0100 0111 10 1 1 1 特性
15、方程特性方程RS=0(约束条件约束条件)RS 触发器功能也可用特性表与触发器功能也可用特性表与特性方程来描述。特性方程来描述。特性方程指触发器次态与输入信号和电路原有状态之间的逻辑关系式。中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器(二二)同步同步 D 触发器触发器 1.电路结构、逻辑符号和逻辑功能电路结构、逻辑符号和逻辑功能 DQQ1S1RC1CPQQ1DDC1CPCPDQn+1说明说明10101置置0置置10Qn不变不变同步同步 D 触发器功能表触发器功能表 称为称为 D 功能功能特点:特点:Qn+1 跟随跟随 D 信号信号中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器解:解:例 试对应输入波形画出
16、下图中 Q 端波形(设触发器 初始状态为 0)。QQ1DDC1CPDCPQCP=0,同步触发器状态不变同步触发器状态不变CP=1,同步同步 D 触发触发器次态跟随器次态跟随 D 信号信号 同步触发器在同步触发器在 CP=1 期间能发生多期间能发生多次翻转,这种次翻转,这种现象称为空翻现象称为空翻中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器2.D 触发器的触发器的特性表、特性方程、特性表、特性方程、驱动表和状态转换图 由触发器现态和次态的取值来确定由触发器现态和次态的取值来确定输入信号取值的关系表,又称激励表。输入信号取值的关系表,又称激励表。用圆圈及其内的标注表示电路的所有稳态,用圆圈及其内的标注
17、表示电路的所有稳态,用箭头表示状态转换的方向,箭头旁的标注表示用箭头表示状态转换的方向,箭头旁的标注表示状态转换的条件。状态转换的条件。它们是触发器逻辑功能的不同描述方法,它们是触发器逻辑功能的不同描述方法,也是时序逻辑电路逻辑功能的描述方法。也是时序逻辑电路逻辑功能的描述方法。中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器0 00 11 01 1D Qn Qn+1特性方程Qn+1=D001101010011Qn+1QnDD 触发器特性表 00001111D 触发器驱动表 0 00 11 01 10011无约束无约束 Qn+1 在在 D=0 时时就就为为 0,与,与 Qn 无关。无关。0 00 11
18、 01 10 1D=1D=0D=0D=1 Qn+1 在在 D=1 时时就就为为 1,与,与 Qn 无关。无关。2.D 触发器的特性表、特性方程、驱动表和状态转换图 同步同步D触发器触发器状态转换图状态转换图 中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器(三三)同步同步 JK 触发器触发器 QQ1S1RC1CP功能表功能表 JK电路结构电路结构QQ1JJC1CP1KK逻辑符号逻辑符号1说明说明Qn+1KJCP称为称为 JK 功能,即功能,即 JK=00 时保持;时保持;JK=11 时翻转;时翻转;J K 时时 Qn+1 值值与与 J 相同。相同。不变不变Qn00置置 0010翻转翻转11置置 110
19、1不变不变Qn0Qn中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器0 00 11 01 1J K Qn Qn+1特性表特性表 特性方程特性方程驱动表驱动表 0 无约束条件无约束条件状态转换图状态转换图 0 1J=0K=10011111110100110001110000K010100Qn+1QnJ 1 1 00 00 11 10 11 01 11 00 0J=1K=J=K=0J=K=1中北大学电子信息工程系第四章 集成触法器解:解:例 设触发器初始状态为 0,试对应输入波形画出 Q 端波形。JCPQQ1JJC1CPK1KKQ CP=0 时,同步时,同步触发器状态不变。触发器状态不变。CP=1 时,触
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